Electrónica
¿QUÉ ES UN MOSFET?
Ago
Es un dispositivo controlado por tensión con las características mostradas en la Figura 1.
Los MOSFET de potencia son fundamentalmente de acumulación más que de empobrecimiento. Una tensión puerta-fuente lo suficientemente grande activará el dispositivo, dando lugar a una pequeña tensión drenador-fuente.
El circuito de excitación para activar y desactivar un MOSFET es normalmente más sencillo que el utilizado para un BJT. En el estado de conducción, las variaciones de VDS son linealmente proporcionales a las variaciones de ID. Por tanto, el MOSFET en estado de conducción puede modelarse como una resistencia de conducción, denominada RDS(on).
Los MOSFET de baja tensión tienen resistencias de conducción menores que 0,1 Ω, mientras que los de alta tensión tienen resistencias de conducción de unos cuantos ohmios. La construcción de los MOSFET produce un diodo (de cuerpo) parásito lo que se puede utilizar a veces como una ventaja en circuitos electrónicos de potencia.
Los valores nominales llegan a alcanzar hasta 1,000 V y 50 A. Las velocidades de conmutación del MOSFET son mayores que las del BJT y se utilizan en convertidores que operan por encima de 100 kHz.
Como se puede apreciar en la figura 2, los MOSFET poseen tres terminales: Gate, Drain y Source (compuerta, drenaje y fuente). A su vez, se subdividen en 2 tipos, los MOSFET canal N y canal P.
Regiones de operación
- Región de corte: Cuando VGS < Vth
En esta región el MOSFET se comporta como un interruptor abierto en el modelo más simple. Sin embargo, en un modelo más realista en esta zona se ocasiona una corriente de subumbral que está descrita por la siguiente expresión:
Donde ID0 es la corriente que existe cuando VGS = Vth
- Región lineal: Cuando VGS > Vth y VDS < ( VGS – Vth )
El comportamiento en esta región no es exactamente lineal y la corriente entre el drenador y el surtidor es modelada por medio de la ecuación:
- Región de saturación: Cuando VGS > Vth y VDS > ( VGS – Vth )
En esta región el transistor actúa como una fuente de intensidad independiente de la diferencia de potencial aplicada, y su comportamiento se modela con la siguiente ecuación:
Tipos de MOSFET
- MOSFET de enriquecimiento
Los MOSFET de enriquecimiento basan su principio de funcionamiento en la creación de un canal de conducción entre el drenador y el surtidor al aplicar una tensión en la compuerta. La tensión de la compuerta provoca la atracción de portadores minoritarios hacia la zona contigua a la compuerta, creando una región de inversión, es decir, una zona con dopado opuesto al que poseía originalmente, permitiendo la creación de un canal de conducción entre el drenador y el surtidor.
El término enriquecimiento hace referencia al incremento de la conductividad eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la región correspondiente al canal.
- MOSFET de empobrecimiento
Los MOSFET de empobrecimiento se diferencian de los anteriores en que poseen un canal conductor en su estado de reposo, que se hace desaparecer aplicando tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y por lo tanto una disminución de la conductividad.
Ventajas del Transistor MOSFET
La principal aplicación del transistor MOSFET está en los circuitos integrados PMOS, NMOS y CMOS, algunas de sus ventajas son:
- Consumo en modo estático muy bajo.
- Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño.
- Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una impedancia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nanoamperios.
- Los circuitos digitales realizados con MOSFET no necesitan resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva.
- La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos.
Aplicaciones del transistor MOSFET
La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores PMOS y NMOS complementarios.
- Resistencia controlada por tensión.
- Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc.).
- Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
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